JP5388472B2 - 制御装置、ｘ線撮影システム、制御方法、及び当該制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線動画撮影システムを用いてＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）撮影、或いはカテーテルや内視鏡を操作しながら透視撮影を行うためのＸ線動画撮影装置に関するものである。

近年、血管造影撮影においてＤＳＡ撮影の技術が普及している。ＤＳＡ撮影とは、先ず造影剤を注入する前にＸ線透視撮影を行うことにより、１枚のマスク画像を作成し、その後に、血管内に造影剤を注入してＸ線透視撮影を行い、マスク画像を減算することにより背景を消去する撮影方法である。これにより、造影剤が注入された血管のみの画像を表示することができる。

このようなＤＳＡ撮影における重要な目的の１つに、血管の走行状態を把握できることがある。体内の血管は三次元空間に存在しているが、Ｘ線透視撮影によって三次元情報から二次元情報に圧縮されてしまうため、複雑な血管の走行状態を単純な二次元の画像から正確に把握することは極めて困難である。

そこで、血管の走行状態を三次元的に把握するために、回転ＤＳＡ撮影の技術が開発されている。この回転ＤＳＡ撮影は例えばＣアームと呼ばれるアームの一端にＸ線源を取り付け、他端にイメージインテンシファイア又はフラットパネルディテクタから成るＸ線検出器が取り付けられた撮影装置を用いて撮影する。患者を中心にＣアームを回転させながらＸ線透視撮影を行い、回転角度毎のマスク画像を作成し、患者に造影剤を注入した後にマスク画像を作成した回転角度と同じ回転角度で撮影を行い、対応する回転角度のマスク画像を減算する。これにより、造影された血管のみの動画像を表示できる。

また、血管造影撮影において造影剤を注入すると、造影剤はかなりの速度で広範囲に拡散するため、造影剤の流れを全て撮影するには、大きめのＸ線検出器を用いて、造影剤の流れる全ての範囲に渡って常にＸ線を曝射する必要がある。

カテーテルや内視鏡の操作における透視撮影においても、操作している部分だけではなく、広範囲に渡って常にＸ線を曝射して撮影を行う必要がある。

また、このような撮影方法とは別に、特許文献１においてＸ線の焦点位置を電子的にラスタ走査させるＸ線撮影装置の技術が開示されている。

特開平６−２１７９６４号公報

しかし、回転ＤＳＡ撮影を行う場合においては、マスク画像の撮影と血管造影撮影の際に、それぞれＣアームを回転させて撮影を行わなければならない。このＣアームの回転は機械的な回転で操作者の負担は大きく、テーブルやその他の周囲のあらゆる物に衝突しないように注意する必要があり、撮影に集中することが困難である。

また、血管造影撮影においては、造影剤注入後に造影剤の流れる全範囲に渡って、常にＸ線を曝射しているため、患者のＸ線被曝線量は極めて大きくなると共に、撮影を行う操作者のＸ線被曝も非常に大きなものとなってしまう。同様に、カテーテルや内視鏡の操作における透視撮影においても、患者及び操作者のＸ線被曝線量は非常に大きくなる。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、機械的な動作を行うことなく、回転ＤＳＡ撮
影を実施できる装置を提供することにある。

そこで本発明の実施形態に係る制御装置は、複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御装置であって、撮影対象に造影剤が流入していないタイミングと流入しているタイミングとのぞれぞれで、前記複数のＸ線焦点から順次選択されたＸ線焦点から前記被写体に対してＸ線を照射させる制御部と、造影剤が流入していないタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線をＸ線検出器で検出して得られる複数の第一のＸ線画像と、流入しているタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出して得られる複数の第二のＸ線画像とを取得する取得手段と、前記Ｘ線焦点毎に前記第一のＸ線画像と前記第二のＸ線画像との差分画像を生成する生成手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係るＸ線画像撮影装置によれば、簡便な操作で高精度な回転ＤＳＡ画像が得ることができ、より的確な診断、手術が可能となる。

また、血管造影撮影、カテーテル・内視鏡透視撮影においては、観察すべき部分の画質が向上し、カテーテル操作・内視鏡操作の精度が向上し、適確な診断、手術が可能となると共に、患者や操作者のＸ線被曝を減少することができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１はＸ線動画撮影システムの一例の構成図である。Ｘ線を発生するＸ線源１と、このＸ線源１から発生したＸ線を検出するＸ線検出器２が対向して配置され、Ｘ線源１とＸ線検出器２との間には、被検者Ｓを載置するテーブル３が配置されている。なお、後述するように、Ｘ線源１には鉛絞り１ａ、Ｘ線検出器２にはグリッド２ａが付設されている。

Ｘ線源１には、Ｘ線の発生を制御するＸ線発生装置制御部４を介してＸ線撮影システム制御部５の出力が接続されている。また、Ｘ線検出器２の出力は画像入力部６を介してＸ線撮影システム制御部５に接続されている。Ｘ線撮影システム制御部５には、機構を制御する機構制御部７、画像処理を行う画像処理部８、画像を保存する画像保存部９、画像を表示する診断モニタ１０、各種の操作を行う操作部１１が接続されている。また、このＸ線撮影システム制御部５にはネットワーク１２を介して、外部のプリンタ１３、診断ワークステーション１４、画像データベース１５が接続されている。

Ｘ線発生装置制御部４により制御されたＸ線源１から発生したＸ線は、被写体Ｓを透過して被写体像としてＸ線検出器２により検出され、この検出されたＸ線像は画像データとして画像入力部６を介してＸ線撮影システム制御部５に入力される。画像データは画像処理部８においてＸ線検出器２の補正、ログ変換を含めた前処理やノイズ除去や鮮鋭化、ダイナミックレンジ圧縮のような高画質化処理や、画像解析処理等の画像処理が施される。

そして、これらの画像処理が施された画像は診断モニタ１０に表示され、動画撮影はこれを連続的に繰り返すことによって、時系列画像を得て連続表示される。また、このようにして得られた時系列画像は、画像保存部９に保存されたり、ネットワーク１２を介してプリンタ１３、診断ワークステーション１４、画像データベース１５に出力される。

図２はＸ線源１とＸ線検出器２を保持する保持機構であるＣアームの構成図を示している。Ｃアーム２１の両端にはＸ線源１とＸ線検出器２がそれぞれ固定され、このＣアーム２１は矢印Ａ〜Ｃに示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向に回転できるようになっている。また、テーブル３もＣアーム２１と連動しながら矢印Ｄ〜Ｆに示す前後、左右、上下の３方向の移動が可能である。

このテーブル３及びＣアーム２１は、図示を省略しているが機構制御部７により制御され、被検者Ｓの任意の方向、任意の位置の画像を得ることができる。

このようなＸ線動画撮影システムを用いて、回転ＤＳＡ撮影やカテーテル・内視鏡操作の透視撮影が行われる。回転ＤＳＡ撮影においては、先ず造影剤を注入する前に、マスク画像の撮影を行う。この際に、従来ではＣアーム２１を図２に示すＡ方向又はＢ方向に回転させながら撮影を行っていた。しかし、本実施例においては最初にＣアームを動かしてポジショニングをしてしまえば、撮影中はＣアーム２１を駆動することなく、図３（ａ）に示すように、造影剤が流れると思われる範囲で或る一定の方向にＸ線焦点位置を走査する。図３（ｂ）はこれを患者Ｓの頭方向から見た断面図である。

Ｘ線源１では鉛絞り１ａにより区画されて平面上にＮ×ＭのＸ線焦点が配置されている。このＸ線焦点を上述の方向に選択的に走査することによって、Ｃアーム２１を駆動してＸ線照射したと同様のＸ線照射を実現することができる。このようにＸ線焦点位置を走査しながら、グリッド２ａを有するＸ線検出器２を用いて撮影を行うことにより、Ｘ線焦点位置毎の画像を得ることができ、これをマスク画像とする。

マスク画像を撮影した後に、患者Ｓの血管Ｖに造影剤Ｍを注入する。造影剤Ｍが血管Ｖに行き渡ると、マスク画像作成時と同じ方法によりＸ線焦点位置を走査して撮影を行う。この際に、画像毎に同じＸ線焦点位置で撮影した先のマスク画像を一致させ、マスク画像を減算することにより余分な背景が消去されて、造影された血管Ｖのみの動画画像を得ることができる。しかも、Ｘ線焦点位置が変化しているため、Ｘ線焦点位置の走査に従って、減算画像を連続的に表示することにより、種々のＸ線入射角度から造影された血管Ｖを観察することができる。これにより、複雑な血管Ｖの走行状態や血管瘤、狭窄等を三次元的に正確に把握することが可能となる。

実施例２においては、カテーテルや内視鏡を操作しながら透視撮影を行う。図４（ａ）はカテーテル操作時における説明図であり、先ずカテーテル３１を患者Ｓの血管Ｖ内に挿入し目的位置Ｐまで到達させる。このとき、Ｘ線焦点位置はカテーテル３１の先端を追跡して移動するように選択する。図４（ｂ）に示すように、Ｘ線源１とＸ線検出器２を対向して配置し、Ｘ線源１の各焦点位置の座標を（ｘ、ｙ）、Ｘ線検出器２の各画素の位置の座標を（Ｘ、Ｙ）として、座標（Ｘ、Ｙ）と空間的に最も近い座標（ｘ、ｙ）の対応関係をテーブル化しておく。

そして、Ｘ線透視画像からカテーテル３１の先端の位置を決定する。これには時系列の各画像について１つ前の画像を減算することにより、動きがあった部分を抽出してその座標を求めれば、カテーテル３１の先端の位置を決定することができる。

カテーテル３１の先端位置の座標が決定すると、この座標はＸ線検出器２における位置座標であるから、上述のテーブル化した対応関係によりカテーテル３１の先端の位置に対応するＸ線源１のＸ線焦点位置の座標を求めることができる。そして、このＸ線焦点位置を選択してＸ線を曝射することより、カテーテル３１の先端を追跡してＸ線を照射することができる。

そして、カテーテル３１が目的の位置に到達したところで、カテーテル３１の他端から造影剤Ｍを注入する。注入された造影剤Ｍはその先の血管Ｖに拡散してゆくが、それは１本の血管Ｖではなく、多岐に渡った血管Ｖに拡散してゆく。このときには、拡散してゆく血管全体の重心位置に対応するＸ線焦点位置からＸ線を照射する。血管Ｖ全体の重心位置はカテーテル３１の先端のときと同様に、時系列画像において１つ前の画像を減算するが、この差分がここでは様々な位置に分散して存在することになる。そこで、この分散した位置の重心を求め、この位置をＸ線焦点位置とする。

このように、Ｘ線焦点位置を順次に決めてＸ線照射を行うことにより、拡散してゆく造影剤Ｍに追随した動画によるＸ線透視画像が得られる。カテーテル３１の挿入後、或いは造影剤Ｍの注入後に選択された注目点であるＸ線焦点位置は、その後も常に順次に選択するようにすれば、挿入されたカテーテル３１全体と造影された血管Ｖ全体にＸ線を照射することができる。

図５は実施例３における内視鏡操作時における説明図である。内視鏡３２を操作する場合も実施例２のカテーテル３１の操作と同様に、内視鏡３２の先端を追跡してＸ線焦点位置を変化させて照射する。

この実施例３においては、Ｘ線動画像の撮影は上述の実施例１、２の説明に加えて、エネルギサブトラクションの技術を用いている。エネルギサブトラクションとは、管電圧を変化させることにより、照射するＸ線のエネルギを変化させて２回照射し、その差分をとって画像化するものである。これはエネルギの違いによるＸ線吸収率の差が物質によって変化することを利用したものであり、通常の１回のＸ線照射のみの画像とは違った画像を得ることができる。

そこで、上述した方法で１回のＸ線照射をエネルギを切換えて２回照射して差分を求めることによって、エネルギサブトラクション透視撮影における実施が可能である。

この実施例３では、患者Ｓの体内に内視鏡３２が挿入されるので、図６に示すように、Ｘ線動画像と並べて内視鏡動画像を診断モニタ１０に表示することにより、体の位置と内部の位置関係を把握することができ、効果的である。

Ｘ線動画撮影システムの構成図である。 Ｃアームの構成図である。 血管造影撮影の説明図である。 カテーテル撮影の説明図である。 内視鏡撮影の説明図である。 診断モニタ画面の説明図である。

符号の説明

１ Ｘ線源
１ａ 鉛絞り
２ Ｘ線検出器
２ａ グリッド
３ テーブル
４ Ｘ線発生装置制御部
５ Ｘ線撮影システム制御部
６ 画像入力部
７ 機構制御部
８ 画像処理部
９ 画像保存部
１０ 診断モニタ
１１ 操作部
１２ ネットワーク
１３ プリンタ
１４ 診断ワークステーション
１５ 画像データベース
２１ Ｃアーム
３１ カテーテル
３２ 内視鏡
Ｓ 患者
Ｖ 血管
Ｍ 造影剤

Claims (17)

1. 複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御装置であって、
   撮影対象に造影剤が流入していないタイミングと流入しているタイミングとのぞれぞれで、前記複数のＸ線焦点から順次選択されたＸ線焦点からＸ線を照射させる制御部と、
   造影剤が流入していないタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線をＸ線検出器で検出して得られる複数の第一のＸ線画像と、流入しているタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出して得られる複数の第二のＸ線画像とを取得する取得手段と、
   前記Ｘ線焦点毎に前記第一のＸ線画像と前記第二のＸ線画像との差分画像を生成する生成手段と、
   を有することを特徴とするＸ線撮影の制御装置。
2. 複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御装置であって、
   Ｘ線検出器によって取得されたＸ線画像の変化に基づいて血管中において造影剤の流入する複数の先端位置を決定する決定手段と、
   造影剤の流入する先端位置とＸ線焦点との対応関係を示す情報と、前記複数の先端位置の重心位置とに基づいて、少なくとも１つのＸ線焦点を前記複数のＸ線焦点から選択する選択手段と、
   当該選択されたＸ線焦点から前記被写体に対してＸ線を照射させる制御部と、
   を有することを特徴とする制御装置。
3. 前記決定手段は、前記Ｘ線検出器によって得られるＸ線動画像の第一のフレームと該第一のフレームに先立つ第二のフレームとの差分に基づいて造影剤の流入する先端位置を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記Ｘ線画像のそれぞれは、エネルギサブトラクションにより得られた差分画像であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
5. 前記選択手段は、前記被写体に対する造影剤の注入がなされた後に、前記造影剤の先端位置及び重心位置のいずれかに応じて前記Ｘ線焦点の照射角度が変更されるように、前記Ｘ線焦点を変更することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
6. 前記Ｘ線画像は動画像であり、
   前記決定手段は、前記Ｘ線画像のフレーム間差分に基づいて前記造影剤の先端位置及び重心位置のいずれかを決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
7. 前記対応関係を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
   前記決定手段は、前記対応関係を示す情報を用いて前記Ｘ線画像に基づき前記Ｘ線焦点の位置を決定する
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 被写体内に挿入された内視鏡で撮影された内視鏡画像を取得する内視鏡画像取得手段と、
   前記制御に応じて発生されたＸ線をＸ線検出器で検出して前記被写体内の内視鏡を撮影したＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段と、
   前記Ｘ線画像における前記内視鏡の位置を前記Ｘ線画像に基づいて決定する決定手段と、
   前記決定された内視鏡の位置に基づいて前記内視鏡をＸ線撮影するようにＸ線源を制御しＸ線を発生させる制御手段と、前記内視鏡画像と前記Ｘ線画像とを並べて表示部に表示させる表示制御手段と、を有することを特徴とする制御装置。
9. 前記制御装置は、複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御装置であり、
   前記制御手段は、内視鏡の位置とＸ線焦点との対応関係を示す情報と、前記内視鏡の位置とに基づいてＸ線焦点を前記Ｘ線源の複数のＸ線焦点から選択することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置と、
    前記複数のＸ線焦点を有するＸ線源と、
    を有することを特徴とするＸ線撮影システム。
11. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置と、
    前記Ｘ線検出器と、
    を有することを特徴とするＸ線撮影システム。
12. 請求項８または９に記載の制御装置と、
    前記内視鏡と、
    を有することを特徴とする撮影システム。
13. 複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御方法であって、
    撮影対象に造影剤が流入していないタイミングと流入しているタイミングとのぞれぞれで、前記複数のＸ線焦点から順次選択されたＸ線焦点からＸ線を照射させるステップと、
    造影剤が流入していないタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線をＸ線検出器で検出して得られる複数の第一のＸ線画像と、造影剤が流入しているタイミングで前記順次選択されたＸ線焦点から前記照射されたＸ線を前記Ｘ線検出器で検出して得られる複数の第二のＸ線画像とを取得するステップと、
    前記Ｘ線焦点毎に前記第一のＸ線画像と前記第二のＸ線画像との差分画像を生成するステップと、
    を有することを特徴とするＸ線撮影の制御方法。
14. 複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御方法であって、
    Ｘ線検出器によって取得されたＸ線画像の変化に基づいて血管中において造影剤の流入する複数の先端位置を決定するステップと、
    造影剤の流入する先端位置とＸ線焦点との対応関係を示す情報と、前記複数の先端位置の重心位置とに基づいて、少なくとも１つのＸ線焦点を前記複数のＸ線焦点から選択するステップと、
    制御部が、当該選択されたＸ線焦点からＸ線を照射させるステップと、を有することを特徴とするＸ線撮影の制御方法。
15. 撮影対象の内部に挿入された内視鏡で撮影された内視鏡画像を取得するステップと、
    Ｘ線源から発生されたＸ線をＸ線検出器で検出して前記挿入された内視鏡を撮影したＸ線画像を取得するステップと、
    前記Ｘ線画像における前記内視鏡の位置を前記Ｘ線画像に基づいて決定するステップと、
    前記決定された内視鏡の位置に基づいて前記内視鏡をＸ線撮影するようにＸ線源を制御しＸ線を発生させるステップと、
    前記内視鏡画像と前記Ｘ線画像とを並べて表示部に表示させるステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
16. 前記制御方法は、複数のＸ線焦点が並べて配置されたＸ線源と、Ｘ線を検出して画像を得るＸ線検出器とを用いたＸ線撮影の制御方法であり、
    前記Ｘ線を発生させるステップでは、内視鏡の位置とＸ線焦点との対応関係を示す情報と、前記内視鏡の位置とに基づいてＸ線焦点を前記Ｘ線源の複数のＸ線焦点から選択することを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
17. 請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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